PDF《泡沫金属相变材料凝固传热过程的数值分析》

第28 卷第

1 期河北工业科技Vol.

28, No.

1 2011 年1月Hebei Journal of Industrial Science and Technology Jan.

2011 文章编号:

1008 1534( 2011)

01 0001

04 泡沫金属相变材料凝固传热过程的数值分析 曹向茹, 崔海亭, 蒋静智 ( 河北科技大学机械电子工程学院, 河北石家庄 050018) 摘要: 利用计算流体力学软件 FLU ENT 凝固/ 熔化模型, 对填充以及未填充泡沫金属的

2 种相 变材料蓄热球的相变传热过程进行数值模拟研究, 得到了在第

1 类边界条件下蓄热球放热过程中 的温度场分布、 相界面移动规律.研究结果, 表明与单纯填充相变材料的蓄热球相比, 填充泡沫金 属的相变材料蓄热球可以有效减少其放热时间, 提高蓄热系统的放热速率. 关键词: 泡沫金属;

相变传热;

蓄热球 中图分类号: T K02;

TK124 文献标志码: A N umerical simulation on heat transfer of phase change in heat storage ball filled w ith metal foam CAO Xiang ru, CU I Hai ting, JIAN G Jing zhi ( College of Mechanical and Electronic Engineering, H ebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebei 050018, China) Abstract: By using solidification/ melting models of FLUENT software, the processes of heat change on two heat storage balls filled with or without metal foam are numerically simulated. Temperature field and change of phase interface are obtained under the first kind of boundary condit ion. The results indicate that the com plet e solidification time for the ball w it h metal foam is greatly shorter t han that w ith paraffin only, due t o the solidification rate enhancement of heat storage system. Key words: foam metal;

heat transfer of phase change;

heat storage ball 收稿日期:

2010 07 02;

修回日期:

2010 10

09 责任编辑: 李穆基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 50876004);

河北省科技 支撑 计划项目(09203923D ) ;

河北省教育厅科学研究计划项目(2009437) 作者简介: 曹向茹(

1984 ) , 女,河北徐水人, 硕士研 究生, 主要从 事强化传热与热能动力方面的研究. 随着经济的不断发展以及能源的大量消耗, 节 能已成为人们关注的话题.如何设计出热性能优越 的相变蓄热装置已成为研究的热点, 而相变材料的 选取直接关系到相变蓄热装置热性能的优劣.相变 材料具有热容量大、 蓄能过程温度近似常数等特点, 但其热传导率通常较低, 因而在一定程度上限制了 这类材料的广泛使用.为改善相变材料导热系数低 的缺陷, 通常采取的措施是在相变材料中加入高孔 隙率的多孔介质, 安置金属结构, 分散高导热颗粒及 添加具有高导热率、 低密度的填充材料等, 由此来提 高蓄热系统的蓄、 放热的速率[

1 3] , 达到强化相变蓄 热装置热性能的目的. 张涛等对填充有泡沫铜的固液相变储能装置进 行了实验研究并推导出泡沫金属作为填充物后相变 储能装置的有效热导率 [ 4] .程文龙等利用准稳态方 法建立了填充泡沫金属的相变材料蓄热装置在凝固 过程中的数值模型, 对其凝固过程的传热特性进行 了理论分析[ 5] .杨秀等对蓄冰球中填充泡沫铝的融 化相变传热过程进行了数值模拟[ 6] .CHEN 等对 以石蜡为相变材料, 内部填充有泡沫金属多孔结构 的太阳能平板集热器的传热性能进行了分析[ 7] . 笔者以孔隙率为 90% 的泡沫铝为金属基体骨 架, 孔隙中填充石蜡作为蓄热介质, 采用数值计算的 方法, 利用计算流体力学 FLUENT 软件对蓄热球 相变传热过程进行研究, 结果表明加入泡沫金属的 蓄热球与单纯填充相变材料时相比, 填充泡沫金属 的蓄热球能有效降低其放热时间, 并显著提高蓄热 系统的放热速率.进而使相变储能装置内部温度场 的分布更加均匀, 传热性能也得到明显改善.